昆虫学报杂志

昆虫学报杂志2019年第1期

• 亚洲小车蝗触角转录组及化学感受蛋白基因表达谱分析(英文)

  周渊涛,李玲,庞保平,单艳敏,张卓然

  【目的】化学感受蛋白(chemosensory proteins, CSPs)是一类小分子的可溶性蛋白，在昆虫中发挥多种作用。本研究旨在组装中国北方主要草原害虫之一——亚洲小车蝗Oedaleus asiaticus的触角转录组，鉴定出化学感受蛋白基因以及分析其在成虫不同组织中的表达水平。【方法】利用RNA-s eq 亚洲小车蝗成虫触角进行转录组测序和组装；通过筛选转录组数据库、克隆及测序，鉴定出化学感受蛋白基因；应用qPCR分析CSP基因在成虫不同组织(触角、去除触角和口器的头、上唇、去掉下唇须的下唇、下唇须、下颚须、胸部、跗节、翅和腹部)中的表达模式。【结果】成功构建了亚洲小车蝗成虫触角转录组，共获得61 629个unigenes，平均长度为733 nt，总长度和N50分别为45 175 449和1 130 nt。其中26 064个unigenes(42.29％)注释到6个数据库(NR, NT, Swiss-Prot, KEGG, COG和GO)。通过Blast验证、克隆和测序鉴定出17个CSP基因；BlastP和系统发育分析表明亚洲小车蝗CSPs(OasiCSPs)与东亚飞蝗Locusta migratoria CSPs(LmigCSPs)和沙漠蝗Schistocerca gregaria CSPs(SgreCSPs)关系最密切。qPCR分析表明，8个CSP基因在成虫不同组织中的表达水平存在显着差异，特别是，OasiCSP8在下唇须和下颚须中高表达，而OasiCSP11和OasiCSP13在触角中表达量最高。OasiCSP15在化学感受器官(触角、上唇、去掉下唇须的下唇、下唇须、下颚须和跗节)中的表达量远高于非化学感受器官(去掉触角和口器的头部、胸部、翅和腹部)中的表达量，而OasiCSP12在几乎所有测定的组织中具有相似的表达分布。【结论】OasiCSPs在亚洲小车蝗化学感受和发育过程中可能起着多种作用，这些结果为进一步研究这些化学感受蛋白在亚洲小车蝗中的功能奠定了基础。

• 飞蝗发育相关基因Omb的克隆、 原核表达及时空表达分析

  张晓红,冯莉,刘亚超,乔宁,印红

  【目的】本研究克隆飞蝗Locusta migratoria发育相关的optomotor-blind(Omb)基因，并对其进行序列和表达分析，旨在更好地了解Omb基因在飞蝗翅发育中的作用及为进一步蝗灾的治理和防治提供新的理论依据。【方法】利用RT-RCR扩增飞蝗Omb基因cDNA序列，采用生物信息学软件分析该基因的核苷酸和氨基酸序列，利用 MEGA 6.0构建昆虫纲分子系统进化树；构建重组表达载体pET-30a/LmOmb，转化到大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中，SDS-PAGE及Western blot鉴定重组表达蛋白；基于qPCR技术分析Omb基因在飞蝗不同发育时期及成虫不同组织中的表达谱。【结果】克隆获得飞蝗Omb基因部分cDNA序列，命名为LmOmb(GenBank登录号: MG867658)，其长792 bp，编码264个氨基酸，在第37-219位氨基酸之间存在一个T-box superfamily保守结构域。同源序列比对分析表明LmOmb与褐飞虱Nilaparvata lugens NlOmb氨基酸序列一致性为93%。在IPTG诱导下目标蛋白以6×His标签融合蛋白的形式在宿主菌中得到稳定表达。荧光定量PCR结果显示LmOmb基因在飞蝗不同发育时期均有表达，其中胚胎期的表达量最高，进入若虫期后表达量下降，且各龄若虫之间表达量相对平稳。LmOmb基因在雌性和雄性成虫的胸部、足、腹部和翅中都有表达，且雌性和雄性之间表达量明显不同。【结论】LmOmb基因可能参与了飞蝗的胚胎发育。研究结果为进一步研究飞蝗LmOmb的功能提供了依据。

• 粘虫谷氨酰胺转胺酶(MsTGase) 活力测定条件的正交优化及其在幼虫体内的分布

  饶文兵,徐久永,章先飞,SolangeMUHAYIMANA,黄青春

  【目的】本研究旨在优化Grossowicz氧肟酸比色法测定粘虫Mythimna separata谷氨酰胺转胺酶(MsTGase)活力的组合条件，以MsTGase酶活力为依据分析其在不同龄期幼虫体内的分布规律。【方法】取4龄粘虫幼虫，通过组织匀浆和沉析纯化制备MsTGase，采用Grossowicz比色法测定MsTGase酶活力，并对Grossowicz比色法的多重实验因素进行正交优化，进一步结合差速离心法分析不同龄期幼虫体内和亚细胞组分(细胞核和细胞碎片,线粒体,微粒体以及胞质溶胶)中MsTGase酶活力。【结果】结果表明，酶浓度、底物浓度、反应体系pH值、反应温度及钙离子浓度等实验因素都对MsTGase酶活力测定结果产生显著影响，其影响大小顺序为：酶浓度>温度>pH>底物浓度>Ca2+浓度。MsTGase酶比活力测定的最优化条件：酶浓度20 mg/mL、底物浓度0.04 mol/L、反应体系pH值6.5、测定温度37℃，不添加钙离子。在1-5龄幼虫中以4龄幼虫的MsTGase酶活力最高，其比活力也显著高于其他龄期的，且在1-5龄幼虫胞质溶胶中MsTGase酶活力分别占各亚细胞组分酶活力总和的39%, 25%, 48%, 60%和61%。【结论】所获得的最优化条件适用于粘虫MsTGase酶活力测定。MsTGase在粘虫体内呈显著的龄期表达特征和亚细胞分布规律。

• 意大利蜜蜂幼虫肠道在球囊菌胁迫后期的差异表达微小RNA及其靶基因分析

  郭睿,杜宇,周倪红,刘思亚,熊翠玲,郑燕珍,付中民,徐国钧,王海朋,耿四海,周丁丁,陈大福

  【目的】蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis(简称球囊菌)是一种特异性侵染蜜蜂幼虫肠道的致死性真菌病原。微小RNA(microRNA, miRNA)是一种在转录后水平对mRNA进行负调控的关键调控因子。本研究旨在对意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica(简称意蜂)幼虫肠道在球囊菌胁迫后期的差异表达miRNAs(DEmiRNAs)及其靶基因进行深入分析，为揭示DEmiRNAs在胁迫应答中的作用提供重要信息。【方法】利用small RNA-seq(sRNA-seq)技术对正常及球囊菌侵染的意蜂6日龄幼虫肠道(分别表示为AmCK和AmT)进行测序，通过相关生物信息学软件对DEmiRNAs进行预测和分析。利用TargetFinder软件预测DEmiRNAs的靶基因，然后利用Blast软件对靶基因进行GO和KEGG数据库的功能注释。通过Cytoscape软件构建DEmiRNAs与其靶mRNAs的调控网络。通过茎环实时荧光定量PCR(stem-loop RT-qPCR)验证测序数据的可靠性。【结果】AmCK和AmT的测序分别得到9 230 496和10 823 667条有效序列标签；AmCK vs AmT 比较组中包含15个上调和6个下调miRNAs，分别结合3 503和3 252个靶基因，它们可分别注释到40和39个GO terms以及104和99条代谢通路；进一步分析发现调控网络中的17个DEmiRNAs靶向结合116个与丝氨酸蛋白酶相关的mRNAs，14个DEmiRNAs靶向结合54个与泛素介导的蛋白水解相关的mRNAs。Stem-loop RT-qPCR验证结果显示随机选择的4个DEmiRNAs (miR-251-x, miR-9277-y, miR-1672-x和miR-4968-y)的表达量变化趋势与测序结果一致，表明测序数据真实可信。【结论】本研究率先对意蜂幼虫肠道在球囊菌胁迫后期的DEmiRNAs及其靶基因进行预测与分析，提供了miRNAs的表达谱和差异表达信息。ame-miR-927b, miR-429-y和miR-8440-y等DEmiRNAs可能参与对丝氨酸蛋白酶的调控和对泛素介导的蛋白水解的调控，DEmiRNAs与靶基因之间存在复杂的调控网络关系。DEmiRNAs可参与到意蜂幼虫肠道与球囊菌间的互作。

• 不同饲料饲育的家蚕幼虫肠道细菌的多样性分析

  郝长富,李刚,孙熙,唐健,钱荷英,赵国栋,邓祥元,徐安英

  【目的】为研究饲料对不同家蚕Bombyx mori品种肠道微生物菌群的影响。【方法】以筛选到的家蚕广食性品种GS和普通品种1015为研究对象，收集从收蚁开始分别饲育桑叶 (GS.m和C1015.m组)和人工饲料(GS.b组)至4龄盛时期的家蚕肠道样本，采用高通量测序的方法对其肠道微生物16S rDNA的V3-V4区进行测序分析，比较它们之间肠道微生物的差异。【结果】在门水平上，所测家蚕肠道样本的优势菌为厚壁菌门(Firmicutes)和变形杆菌门(Proteobacteria)；在科水平上，所测样本主要优势菌为明串珠菌科(Leuconostocaceae)、乳酸杆菌科(Lactobacillaceae)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)等；在属水平上，所测样本主要的优势菌为魏斯氏属Weissella、乳酸菌属Lactobacillus、布赫纳氏菌属Buchnera、甲基杆菌属Methylobacterium、叶瘤菌属Phyllobacterium、肠球菌属Enterococcus和脆弱拟杆菌属Bacteroides等。家蚕品种GS经桑叶和人工饲料饲育后，甲基杆菌属Methylobacterium、布赫纳氏菌属Buchnera等菌属仅在桑叶饲育的GS肠道内出现，而魏斯氏菌Weissella、短芽孢杆菌属Brevibacillus等菌属只在人工饲料饲育的GS肠道内出现。同是桑叶饲育的家蚕品种GS和1015，其肠道内相同的优势菌有叶瘤菌属Phyllobacterium、脆弱拟杆菌属Bacteroides、不动细菌属Acinetobacter等。相较于广食性蚕品种GS的肠道菌群，肠球菌属Enterococcus、草螺菌属Herbaspirillum、丝硫菌属Thiothrix等菌属仅在普通蚕品种1015肠道中被检测到。GS.b组家蚕肠道细菌的物种多样性低于GS.m和C1015.m。GS.m肠道中丰度差异显著性最高的菌群为变形菌门(Proteobacteria)，GS.b肠道中丰度差异显著性最高的菌群为杆菌纲(Bacilli)和乳杆菌目(Lactobacillales)，而C1015.m肠道中丰度差异显著性最高的菌群为粪肠球菌属Enterococcus和肠球菌科(Enterococcaceae)。【结论】经桑叶饲育的不同蚕品种(GS和1015)的肠道微生物比人工饲料饲育的家蚕肠道微生物更趋于一致；经桑叶饲育的广食性家蚕肠道微生物物种多样性较高于经人工饲料饲育的广食性家蚕。

• 黑腹果蝇对高盐的产卵避性反应及其生物学意义

  高露,李钊,赫晓媛,甘颖,金虹云,闫琴,白芃,刘威

  【目的】研究黑腹果蝇Drosophila melanogaster对高盐的产卵避性，并通过高盐下后代生存率和发育历期的变化来揭示这一现象的生物学意义。【方法】应用产卵双选择装置，检测黑腹果蝇和雅库巴果蝇D. yakuba雌成虫分别对含有0.25和1 mol/L NaCl的培养基的产卵选择性；利用产卵装置，检测黑腹果蝇对1 mol/L NaCl的位置效应；通过强迫产卵实验检测钠盐胁迫下黑腹果蝇的产卵能力；通过毛细管摄食法和观察口器延伸，检测钠盐胁迫下黑腹果蝇的摄食行为。利用黑暗条件和突变体Orco2分别探究视觉和嗅觉对高盐的产卵选择性。通过外科手术法摘除黑腹果蝇前足部分味觉感受器，并使用咸味突变体Ionotropic Receptor 76b (IR76b)，研究介导该行为的感觉系统。在含有不同浓度NaCl (0, 0.25, 0.50, 0.75和1 mol/L)的培养基上培养黑腹果蝇，探究NaCl对黑腹果蝇后代的发育历期和存活率的影响。【结果】雌性黑腹果蝇产卵对高盐产生避性反应，对0.25和1 mol/L NaCl的产卵偏嗜指数分别为-0.45和-0.59；雅库巴果蝇对高盐的反应与黑腹果蝇相同，对0.25和1 mol/L NaCl的产卵偏嗜指数分别为-0.78和-0.99；并且两种果蝇均对0.25和1 mol/LKCl和CaCl2产生产卵避性反应。黑腹果蝇避开含0.25和1 mol/L NaCl培养基，位置指数分别为-0.74和-0.88。高盐不影响黑腹果蝇的生育能力，其对0, 0.25和1 mol/L NaCl的产卵指数分别为5.59, 6.63和5.41。黑腹果蝇对0.25和1 mol/L NaCl摄食产生明显排斥反应，摄食指数分别为-0.37和-0.41，且随浓度增大食欲越低。同时在黑暗条件下，黑腹果蝇对0.25和1 mol/L NaCl仍产生了显著的避性反应，产卵偏嗜指数分别为-0.49和-0.59，摘除前足的黑腹果蝇对0.25 mol/L NaCl的产卵偏嗜指数为-0.05，IR76b突变体对高盐的产卵避性反应消失，对0.25和1 mol/L NaCl的产卵偏嗜指数分别为0.46和0.39。0.25 mol/L NaCl明显延长了后代成蛹时间0.40 d，后代幼虫存活率降低了16.5%，而在1 mol/L NaCl上后代卵完全不能形成蛹和成虫。【结论】黑腹果蝇雌成虫通过咸味感觉器官感知高盐而产生产卵避性反应，以促进后代的生长发育和提高后代的幼虫存活率。

• 近零磁场对褐飞虱翅型分化、趋光性及飞行能力的影响

  张明,刘瑞莹,贺静澜,袁锐,万贵钧,潘卫东,陈法军

  【目的】地磁场(geomagnetic field, GMF)不是恒定不变的，而是随时间和空间时刻变化的。目前，动物对磁场变化的响应研究主要集中于迁徙性动物地磁定向导航中的磁感受方面，而迁徙性动物迁出地和迁入地之间地磁场强度差异对动物生理和行为潜在的磁场效应尚不明确。【方法】迁飞性昆虫褐飞虱Nilaparvata lugens试虫采自江苏省农业科学院试验田。本文采用亥姆霍兹线圈室内模拟近零磁场(near-zero magnetic field, NZMF)和GMF，调查了褐飞虱成虫在NZMF和GMF下的翅型分化、趋光性和飞行能力。【结果】结果表明，与GMF相比，NZMF显著提高了褐飞虱雄成虫短翅型比例(6.4%)(P0.05)；对于长翅雌成虫，NZMF显著提高了其2日龄成虫的上灯比例(55%)(P0.05)；NZMF显著缩短了2日龄长翅雄成虫的飞行时间(46%)(P<0.05)，并显著提高了长翅雌成虫(65%)和长翅雄成虫(101%)的飞行速度(P<0.05)。此外，GMF对照组的褐飞虱长翅雄成虫飞行速度显著低于长翅雌成虫(96%)，而NZMF处理组中二者无显著差异。【结论】结果说明，近零磁场可提高褐飞虱成虫短翅比例，对长翅成虫趋光性的影响呈现出基于龄期增长先增强后减弱的效应，并在未影响长翅成虫飞行距离的情况下，改变了其飞行策略，即提高飞行速度，同时缩短飞行时间。

• 气候变化对黄土高原及邻近地区稀有种枯蝉分布的潜在影响(英文)

  王振鹏,彭守璋,贺志强,魏琮

  【目的】未来数十年的气候变化预计会是造成很多物种生境丧失的一个重要因素。对适应能力相对脆弱的地方性物种，预测气候变化对其生境的影响将对生物多样性保护具有重要意义。【方法】本文基于最大熵模型，对珍稀蝉科中国特有种枯蝉Subpsaltria yangi在当前和未来气候条件下的生境适宜度进行了评估。【结果】结果表明，枯蝉主要局限分布于黄土高原及邻近地区。预计至2050年，即使在温和的气候变化情景下，枯蝉的生境面积也会明显减少。影响枯蝉栖息地分布的关键因素为年平均气温、最冷月的最低气温、最冷季的平均气温和最潮湿月份的降水量。枯蝉现存种群栖息地应当受到保护，甘肃天水和陕西延安地区应作为枯蝉分布的核心区予以保护，以应对气候变化对其生境带来的影响。【结论】本研究获得的枯蝉适宜生境分布图可以为该稀有物种的新种群发现、现生种群分布地土地规划管理以及有效的自然保护区设立提供重要信息。

• 林氏按蚊线粒体全基因组序列的测定及基于线粒体基因组的按蚊属系统发育分析(英文)

  毛启萌,李廷景,付文博,闫振天,陈斌

  【目的】对林氏按蚊Anopheles lindesayi完整的线粒体基因组进行测序及分析，依据已知的线粒体基因组构建并讨论按蚊属蚊虫的分子系统发育关系。【方法】对林氏按蚊线粒体基因组进行测序、注释，并对其基本特征和基本组成进行分析。基于串联的13个蛋白质编码基因的核苷酸序列和氨基酸序列，用ML法和贝叶斯法构建林氏按蚊和按蚊属其他32种蚊虫的系统发育树，据此探讨按蚊属蚊虫的系统发育关系和系统分类。【结果】林氏按蚊线粒体基因组全长为15 366 bp，包含13个蛋白质编码基因，22个tRNA基因，2个rRNA基因和一段控制区。林氏按蚊线粒体基因组呈现明显的AT偏斜和GC偏斜，AT偏斜为正，GC偏斜为负。除了COX1使用TCG和ND5使用GTG作为起始密码子以外，其他蛋白质编码基因的起始密码子均遵循ATN原则；终止密码子为TAA或者T。除了tRNASer(AGN)以外，其他的tRNA基因均呈现典型的三叶草二级结构。控制区AT含量最高，为94.54%。滑窗分析显示蛋白质编码基因是用于构建亚属或属水平系统发育关系的最佳分子标记。系统发育树强烈支持塞蚊亚属Cellia、按蚊亚属Anopheles、徕蚊亚属Nyssorhynchus和柯特蚊亚属Kerteszia均为单系群。小五斑按蚊An. atroparvus和四斑按蚊An. quadrimaculatus A这两个种聚到一起，从传统的形态分类上讲，它们和林氏按蚊均属于按蚊亚属按蚊系蚊虫。但本研究构建的4个系统发育树均显示，(小五斑按蚊An. atroparvus+四斑按蚊An. quadrimaculatus A)和林氏按蚊被属于迈蚊系的中华按蚊分开，这为两个系的分类提供了新的论点。【结论】本研究获得了林氏按蚊的完整的线粒体基因组，探析了按蚊属的线粒体基因组特征和系统发育关系，为进一步研究蚊科线粒体基因组和系统发育关系提供了依据。

• 黑胸散白蚁下唇腺的解剖和扫描电镜观察

  王怡,嵇保中,刘曙雯,徐立军,熊佳新

  【目的】通过研究黑胸散白蚁Reticulitermes chinensis下唇腺解剖构造及其在不同品级个体间的分化，为进一步探索口交哺和品级分化机制提供参考。【方法】通过显微解剖观察，了解黑胸散白蚁下唇腺的形态构造及其在不同品级个体间的分化；通过扫描电镜观察，了解下唇腺的结构及神经支配；通过饮水实验，研究工蚁饮水及下唇腺囊的贮水功能。【结果】黑胸散白蚁下唇腺是左右对称结构，每侧构造由一个下唇腺腺泡群、一个下唇腺囊及相关的导管组成。每侧导管分别开口于舌基部下方。蚁后的下唇腺最发达，在下唇腺大小、下唇腺囊大小、腺泡大小及腺泡数量4方面均显著高于其他品级个体；兵蚁、工蚁、有翅成虫的下唇腺也较为发达，相互之间这4个参数的差异性不显著。扫描电镜观察发现，工蚁下唇腺腺泡由主导管和分支导管相连，腺泡外侧有神经分布。黑胸散白蚁工蚁有饮水习性，获得的水贮存在下唇腺囊内。【结论】黑胸散白蚁不同品级个体间，蚁后的下唇腺最发达，有翅成虫的下唇腺也比较发达，说明蚁后除行使生殖职能外，还承担交哺育幼等职能。黑胸散白蚁工蚁有饮水习性，下唇腺囊有贮水功能。

• 植食性昆虫适应植物防御反应的研究进展

  赵婵,张蓬军,余利星,俞晓平

  在植物与植食性昆虫协同进化过程中，植物在不断完善其防御反应，同时植食性昆虫也在选择压下不断适应植物防御反应。植食性昆虫适应植物防御反应存在多样性。昆虫能够利用其唾液中的效应因子抑制或弱化植物防御反应，激活其肠道中的某些特异性蛋白阻断植物防御性次生代谢物的产生或者将其直接降解，以及通过其携带微生物间接抑制植物防御反应。此外，昆虫还能够通过产卵、虫害诱导植物挥发物、识别植物防御物质等方式适应植物的防御反应。本文综述了植食性昆虫如何利用各种效应因子适应寄主植物防御反应的研究进展。

• 烟蚜热激蛋白基因MpHsp70的克隆及在UV-B胁迫下的表达分析

  杨昌利,孟建玉,苏丽,张长禹

  【目的】为探讨烟蚜Myzus persicae适应UV-B胁迫的分子机制。【方法】采用RT-PCR和RACE技术克隆了烟蚜热激蛋白基因Hsp70的全长，利用生物信息学方法分析了其特征；采用实时荧光定量PCR检测了不同时长(0, 15, 30, 60, 90和120 min) UV-B胁迫下烟蚜成虫中该基因的相对表达量。【结果】克隆获得烟蚜Hsp70基因并命名为MpHsp70(GenBank登录号: MF509827)，该基因全长为2 221 bp，开放阅读框(ORF)1 965 bp，编码654个氨基酸，蛋白相对分子量为71.41 kD，等电点(pI)为5.34，末端高度保守序列EEVD显示该蛋白属于胞质热激蛋白。系统进化关系分析表明，MpHsp70与多种昆虫的Hsp70的同源性较高，表现出Hsp70基因的高度保守性。实时荧光定量PCR分析表明，随着UV-B照射时间的延长，烟蚜成虫体内MpHsp70基因的表达量先上升后下降，当照射时间为30 min时表达量最大。【结论】烟蚜MpHsp70基因可以响应UV-B的胁迫，它可能在烟蚜适应UV-B胁迫过程中起到重要作用。